智能控制在DC/DC變換器中的應(yīng)用

本文介紹了模糊控制在DC/DC變換器中的兩種不同的應(yīng)用。

3.1 模糊控制在DC/DC變換器反饋控制中的應(yīng)用

DC/DC變換器的模糊控制框圖如圖2所示。

圖2 DC/DC變換器的模糊控制框圖

圖中DC/DC變換器用一個(gè)黑箱表示，其上有四個(gè)端子，分別接輸入電壓u_s，輸出電壓u_o，電感電流i_L和控制開(kāi)關(guān)S。其中只有輸出電壓和電感電流送入了模糊控制器。

模糊控制規(guī)則基于以下幾條標(biāo)準(zhǔn)：

1）當(dāng)變換器的輸出遠(yuǎn)離設(shè)置點(diǎn)時(shí)，大幅度調(diào)整占空比，以使輸出快速回到設(shè)置點(diǎn)；

2）當(dāng)變換器的輸出接近設(shè)置點(diǎn)時(shí)，可以稍微調(diào)整一下占空比；

3）當(dāng)變換器的輸出在設(shè)置點(diǎn)附近并且快速接近它時(shí)，應(yīng)當(dāng)保持占空比不變，以防止有超調(diào)量；

4）當(dāng)變換器的輸出到達(dá)了設(shè)置點(diǎn)并且仍在變化時(shí)，稍微變化占空比以防止輸出遠(yuǎn)離設(shè)置點(diǎn)；

5）當(dāng)輸出到達(dá)了設(shè)置點(diǎn)并保持穩(wěn)定時(shí)，占空比保持不變；

6）當(dāng)輸出超過(guò)了設(shè)置點(diǎn)，應(yīng)減小占空比，反之亦然。

通常同樣的模糊控制規(guī)則可以應(yīng)用在幾種不同類型的DC/DC變換器中，只是一些比例因子要根據(jù)變換器的不同拓?fù)浜蛥?shù)做相應(yīng)的調(diào)整。

文獻(xiàn)[1]把模糊控制應(yīng)用于Cuk變換器的電壓反饋中，但只利用了輸出電壓和它的變化率，沒(méi)有考慮電感電流，雖然與PID控制相比其輸出電壓波動(dòng)小于PID控制，并且具有較快的瞬態(tài)響應(yīng)，但是，動(dòng)態(tài)性能還是不夠理想。

文獻(xiàn)[2]分別把模糊控制應(yīng)用于Buck-Boost和Sepic變換器中，模糊控制器利用了三個(gè)輸入變量：輸出電壓誤差ε_u；電感電流誤差ε_i；電感電流i_L。相對(duì)于只利用輸出電壓變量的模糊控制器來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)性能更令人滿意。同時(shí)，通過(guò)仿真證明了模糊控制與傳統(tǒng)控制方法具有同樣快和穩(wěn)定的小信號(hào)響應(yīng)，并且改進(jìn)了大信號(hào)響應(yīng)性能。

3.2 模糊控制在主從均流控制的并聯(lián)DC/DC變換器中的應(yīng)用

利用主從控制方法并聯(lián)工作的變換器具有大量的控制環(huán)，所以，很難得到系統(tǒng)的實(shí)際模型。傳統(tǒng)的控制方法是基于簡(jiǎn)單平均化的線性模型，在負(fù)載大范圍變化和存在干擾的情況下，則得不到很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。模糊控制方法克服了建立復(fù)雜模型的困難，因此，可以應(yīng)用于實(shí)際工程中，并且用數(shù)字和模擬方法都可以實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)[3]把模糊控制引入到均流環(huán)中，可以得到快速且魯棒性強(qiáng)的瞬態(tài)響應(yīng)。把經(jīng)過(guò)PD控制的均流誤差送入模糊控制器，利用PID控制的結(jié)果得出模糊推理規(guī)則，仿真結(jié)果表明負(fù)載分別為額定負(fù)載的50％和90％時(shí)，瞬態(tài)響應(yīng)良好。

4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在DC/DC變換器中的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有輸入、輸出，它由許多個(gè)神經(jīng)元組成。每個(gè)神經(jīng)元有一個(gè)單一的輸出，它可以連接到許多其它的神經(jīng)元，其輸入有多個(gè)連接通路，每個(gè)連接通路對(duì)應(yīng)一個(gè)連接權(quán)系數(shù)。變換權(quán)系數(shù)將改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作性能，我們的目的就是調(diào)整權(quán)系數(shù)，以獲得理想的輸入、輸出關(guān)系。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法是基于人腦控制行為的生理學(xué)研究而發(fā)展起來(lái)的,是一個(gè)具有廣闊應(yīng)用前景的智能控制方法。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有非線性映射能力、自學(xué)習(xí)適應(yīng)能力、聯(lián)想記憶能力，并行信息處理方式及其優(yōu)良的容錯(cuò)性能，所以，它在非線性和復(fù)雜控制系統(tǒng)中，起著如傳遞函數(shù)在線性系統(tǒng)中所起的作用。

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，信息處理過(guò)程通常分為自適應(yīng)學(xué)習(xí)期和控制期兩個(gè)階段。在學(xué)習(xí)期，網(wǎng)絡(luò)按一定的學(xué)習(xí)規(guī)則調(diào)整其內(nèi)部連接權(quán)系數(shù)，使給定的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)；在控制期，網(wǎng)絡(luò)連接模式和權(quán)系數(shù)已知且不變，各神經(jīng)元根據(jù)輸入信息和狀態(tài)信息產(chǎn)生輸出。兩個(gè)階段可以獨(dú)立完成，也可以交替進(jìn)行。

通常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制中的作用可分為如下幾種：

1）充當(dāng)系統(tǒng)的模型，構(gòu)成各種控制結(jié)構(gòu)，如在內(nèi)?？刂?，模型參考，自適應(yīng)控制，預(yù)測(cè)控制中，充當(dāng)對(duì)象的模型等；

2）在反饋控制系統(tǒng)中直接用作控制器；

3）在控制系統(tǒng)中起優(yōu)化計(jì)算的作用；

4）在與其它智能控制方法和優(yōu)化算法相融合中，為其提供非參數(shù)化對(duì)象模型，優(yōu)化參數(shù)，推理模型及故障診斷等。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多面向?qū)ο蟮纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)和方法，較具代表性的有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接逆動(dòng)態(tài)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)估計(jì)自適應(yīng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)?？刂?，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制。

雖然，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于非線性系統(tǒng)已經(jīng)有很多年了，但是，主要把它用于機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。在電力電子領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，最近，不斷有文章報(bào)道用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制DC/DC變換器，這預(yù)示著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在DC/DC變換器中的應(yīng)用將會(huì)不斷增多。

文獻(xiàn)[4]把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間接應(yīng)用于PWMBoost變換器中，如圖3所示。

圖3 Boost變換器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制